초등학생의 과학 자기효능감과 과학 자아개념이 과학적 태도에 미치는 영향

Ⅰ. 서 론

전통적으로 과학을 배운다는 것은 인지적 지식인 과학 지식이나 개념을 학습하는 것을 의미하였으나 최근에는 과학적 소양을 함양하고 과학 문화에 입문하는 것으로 이해해야 한다는 주장이 강해지고 있다(Teachers manual, 2017). 2015 교육과정의 중요한 개정 방향은 인문학적 상상력과 과학 기술 창조력을 갖춘 균형 잡힌 인재의 양성을 내세우고 있다. 2015 과학교육과정은 교육과정 총론이 추구하는 방향성을 반영하여 '자연현상과 사물에 대하여 흥미와 호기심을 가지고, 과학의 핵심 개념에 대한 이해와 탐구 능력의 함양을 통하여, 개인과 사회의 문제를 과학적이고 창의적으로 해결하기 위한 과학적 소양을 기른다.'는 것을 목표로 삼고 있다. 또한 과학교과의 하위 목표 중 하나는 '자연현상에 대한 흥미와 호기심을 갖고, 문제를 과학적으로 해결하려는 태도를 기른다.'고 되어 있듯이 과학적 태도는 과학교과의 목표를 달성하는데 중요한 인자라고 할 수 있다.

한 나라의 발전 수준은 대부분 과학적 지식의 수준에 기반하고 있다. 과학에서 진보는 연속적인 과학적 탐구에 달려있다. 많은 연구자들은 잘 조직되고 장비를 잘 갖춘 실험실은 과학교수에 필수적이라고 보고하였다. 과학교수에서 가장 중요한 인자들 중 하나는 행동을 결정하는 태도이다(Amjad & Muhammad, 2012).

과학적 태도는 과학적 사고의 습관이라고도 하며(Okey, 1982), 객관성, 개방성, 증거 등이 불충분하면 판단을 유보하는 것으로 특징지을 수 있다(Gauld, 1982). 따라서 과학적 태도는 과학적 사고를 반영한 태도이며 ‘과학적’이라는 말은 그 사람이 호기심, 객관성, 판단유보, 합리성과 같은 태도를 가지고 있다는 것을 의미한다.

자기효능감은 동기, 성취, 자기조절에 영향을 미치는 것을 통해 학생들의 교육 수행에 영향을 주는 것으로 보고되어 있다. 예를 들어, Badura & Schunk(1981)는 높은 자기효능감을 가진 학생들은 낮은 자기효능감을 가진 학생들보다 과제를 계속 선택하기 쉽다고 밝힌 바가 있다. 또한 Schunk(1981)는 높은 자기효능감을 가진 학생들은 낮은 자기효능감을 가진 학생들보다 어려운 과제에 더 오래 동안 끈기 있게 지속하며 더 성공적이라고 보고하였다. 많은 연구자들(Jinks & Morgan, 1999; Pajares & Schunk, 2001; Zimmerman, Bandura & Martinez-Pons, 1992)은 자기효능감이 학업 성취와 긍정적인 상관관계가 있다는 것을 보여주었다.

Britner & Pajares(2001)은 과학은 학문적 교육과정에서 중요한 자리를 차지하고 있으며, 과학교육 과정에서 학문적 성공은 과학과 기술에서 이루어지고 있는 급속한 발전을 고려해야 하는 긴요한 사항이라고 하였다. 그러나 자기효능감을 연구하는 많은 연구자들이 주로 언어 과목과 수학에 초점을 맞추어 왔으며, 과학에 대해서는 주의를 기울이지 않은 것은 잘못이라고 하였다.

Wilkins et al.(2002)은 TIMSS(Trends in International Mathematics and Science Study) 자료를 분석하여 자아개념과 과학 성취도 간에 긍정적인 관계가 있음을 밝혀내었다. Wilkins(2004)의 분석에 따르면, 한국의 경우 높은 과학 성취도를 보인 반면에 자아개념은 최하위를 기록하고 있음을 알 수 있었다. 초등학교 4학년을 대상으로 한 2015년 TIMSS 결과에 따르면, 과학 성취도는 49개국 중 2위인 반면에 과학에 대한 정의적 태도를 묻는 과학에 대한 자신감, 과학학습에 대한 흥미, 과학에 대한 가치 인식에서는 최하의 수준을 나타내었다(Korea Institute for Curriculum and Evaluation, 2016). 즉, 학생들이 인식하는 교과에 대한 자신감, 흥미 등의 긍정적인 자아개념이 매우 낮게 나타난 것이다. 그러나 정의적(비인지적) 영역은 개인적인 특징으로 흥미, 태도, 가치와 관련된 것으로 인지적 영역과 깊은 관련성을 지닌다(Lynch et al., 2009).

이러한 평가 결과는 과학의 정의적 영역에 해당하는 흥미와 호기심 영역에서의 낮은 순위는 미래의 국가 경쟁력 확보에 부정적인 영향을 줄 가능성이 높다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 시작된 논의 중 하나가 융합인재교육(STEAM)이다(Teachers manual, 2017). STEAM이 지향하는 목표를 달성하기 위해 제시된 것인 학습 준거 틀이다. 여기에서는 학생이 문제해결 필요성을 구체적으로 느끼는 ‘상황 제시’, 학생 스스로 문제해결 방법을 찾아가는 ‘창의적 설계’, 문제해결에서 오는 성공의 경험을 맛보게 하는 ‘감성적 체험’ 단계가 있다. 감성적 체험은 학생들에게 흥미와 동기를 부여하기 위한 필수 요소로서 상황 제시와 창의적 설계 단계를 통해 스스로 실마리를 찾아 문제 해결에 성공하였다면, 이는 문제해결 능력의 향상뿐만 아니라 새로운 문제에 도전하고자 하는 동기가 생겨나 한다. 새로운 문제를 해결하고자 하는 동기는 문제에 대한 해결책을 발견하고서 얻었던 만족감으로부터 생겨나기 쉽다. 만약 학생들이 어떤 문제에 대한 자신의 방법을 생각해 내지 못하여 문제를 풀 수 있다는 확신을 갖지 못한다면 학생들에게 동기가 부여되기를 기대하기 어렵다(von Glasersfeld, 1995). 따라서 인지적 영역인 과학지식의 학습에 중요한 역할을 하는 비인지적 영역에 대한 연구가 필요하다.

본 연구에서는 과학 자기효능감과 과학 자아개념이 과학적 태도에 영향을 주는 인자를 알아보기 위해 다음과 같은 연구문제를 설정하였다.

첫째, 과학 자기효능감이 과학적 태도에 미치는 영향은 어떠한가?

둘째, 과학 자아개념이 과학적 태도에 미치는 영향은 어떠한가?

셋째, 과학 자기효능감과 과학 자아개념 중 과학적 태도에 어느 쪽이 더 큰 영향을 미치는가?

Ⅱ. 이론적 배경

Ⅲ. 연구 방법

1. 연구대상

본 연구는 B시에 소재하고 있는 초등학교 5, 6학년 학생을 무선표집하였다. 표집 시에 A(180명), B(219명), C(207명) 급지를 고려하였으며, 총 606명을 대상으로 하였다. 자세한 내용은 <Table 1>과 같다.

<Table 1>

Distribution of the respondents

2. 검사 도구 및 자료 분석

가. 과학적 태도 검사

과학적 태도 검사지는 Kim et al.(1998)이 개발한 초등학생을 위한 국가수준의 과학과 관련된 정의적 특성의 평가 문항 중, 과학관련 태도 검사에서 3개 범주 중의 하나인 과학적 태도 측정 도구를 사용하였다.

본 검사는 호기심(curiosity), 개방성(open-mindedness), 비판성(criticism), 협동성(cooperativity), 자진성(voluntariness), 끈기성(patience), 창의성(creativity)의 7가지 하위영역이 있으며, 영역별 각각 3문항으로 구성되어 있다. 총 21문항으로 각 문항에 대한 반응은 ‘매우 그렇다’, ‘그렇다’, ‘그저 그렇다’, ‘아니다’, ‘전혀 아니다’의 Likert-5점 척도로 방식으로 작성되었다. 본 연구에서 구한 신뢰도는 .887이었다.

나. 과학 자기효능감 검사

일반적 자기효능감을 측정하기 위해 자신감과 자기조절적 효능감이라는 두 가지 요인으로 구성된 Sherer et al.(1982)의 일반 자기효능감 척도에 Cha(1997)가 과제 난이도 선호도를 첨가한 일반적 자기효능감 척도를 제작하였다. 이를 보완한 Kim(1997)이 제작한 척도를 토대로 Kim & Park(2001)은 학업상황에 적용하기 위해 개발된 학업적 자기효능감 척도를 개발하였고, Tark(2011)는 이를 토대로 과학 학습상황에 적용하기 위해 개발한 과학 자기효능감 척도를 사용하였다. 본 연구에서는 Tark의 과학 자기효능감 척도를 사용하였으며, 본 연구에서 측정된 과학 자기효능감 척도의 신뢰도는 .903이었다. 하위요소에 대한 각각의 신뢰도는 <Table 2>에 제시하였다.

<Table 2>

Item composition and reliability of science self-efficacy

다. 과학 자아개념 검사

Kim(1984)의 자아개념 검사 중 학문적 자아개념 관련 문항을 선택하여 능력감(우월감) 11문항과 무능감(열등감, 비자신감) 9문항의 두 가지 하위요소 구성된 두 가지 Cho(2002)의 학문적 자아개념 검사 도구를 개발하였다. Min & Yoo(2017)는 Cho(2002)의 학문적 자아개념 검사 도구를 과학 상황에 맞게 수정하여 과학 자아개념으로 수정하였으며, 본 연구에서는 Min & Yoo의 검사 도구를 수정하여 능력감과 무능감 각각 9문항으로 구성된 과학 자아개념 검사 도구를 사용하였다. 본 연구에 사용된 신뢰도는 .887이며, 각 하위요소별 신뢰도는 <Table 3>에 나타내었다.

<Table 3>

Item composition and reliability of science self-concept

본 연구를 위해 수집한 자료는 SPSS v.23통계 프로그램을 이용하여 분석하였다. 과학 자기효능감과 과학 자아개념이 과학적 태도에 미치는 영향을 알아보기 위해 상관관계 분석과 다중회귀 분석을 실시하였다. 다중회귀 분석의 경우, 변수 선택 방법은 단계선택법을 사용하였다. 분석결과를 제시할 경우, 모든 모형에 대한 결과를 제시하여야 하나, 수정된 R²이 가장 큰 모형 결과만을 제시하는 일반적 관례를 따랐다. 상관계수 해석은 Rea & Parker(2005)의 해석을 따랐다. 즉, 상관계수 r이 0.0~0.1에 위치해 있다면 이것은 상관관계가 거의 없음을 나타내고, 0.1~0.2는 약한 양의 상관관계, 0.2~0.4는 보통의 양의 상관관계, 0.4~0.6는 비교적 강한 양의 상관관계, 0.6~0.8은 강한 양의 상관관계 그리고 0.8~1.0은 매우 강한 양의 상관관계를 나타낸다고 볼 수 있다.

Ⅳ. 결과 및 논의

1. 기술통계

가. 과학적 태도

과학적 태도에 대한 기술 통계치를 <Table 4>에 제시하였다.

<Table 4>

Descriptive statistics for scientific attitude(N=606)

과학적 태도의 평균은 3.79이며, 표준편차는 .591이었다. 하위요소의 중 가장 높은 평균을 나타낸 항목은 협동성이며, 가장 낮은 평균을 나타낸 항목은 비판성이었다

나. 과학 자기효능감

과학 자기효능감에 대한 기술 통계치는 <Table 5>에 나타내었다. 과학 자기효능감의 평균은 3,70, 표준편차는 .642였다. 하위요소인 과제 난이도 선호도의 평균은 3.48, 표준오차는 .688, 자기조절 효능감의 평균은 3.91, 표준편차는 .714, 자신감의 평균은 3.71, 표준편차는 1.269였다.

<Table 5>

Descriptive statistics for science self-efficacy(N=606)

다. 과학 자아개념

자아개념에 대한 기술 통계치는 <Table 6>과 같다. 과학 자아개념의 평균은 2.97, 표준편차는 .502, 하위요소인 능력감의 평균은 2.93, 표준편차는 .570, 무능력감의 평균은 3.02, 표준편차는 .885로 나타났다. 과학 자아개념과 그 하위요소의 평균은 ‘그저 그렇다’라는 응답(3점)에 가까운 평균치를 보이고 있음을 알 수 있다.

<Table 6>

Descriptive statistics for science self-concept(N=606)

2. 과학 자기효능감과 과학적 태도

과학적 태도와 과학 자기효능감 간의 상관관계를 <Table 7>에 나타내었다.

<Table 7>

A correlation between scientific attitude and science self-efficacy(N=606)

과학적 태도와 과학 자기효능감(p<.01) 및 그 하위요소인 과제 곤란도 선호도(p<.01), 자기조절효능감(p<.01) 및 자신감(p<.05) 간의 상관관계는 통계적으로 유의한 것으로 나타났다. 과학적 태도와 과학 자기효능감 간에는 r=.542로서 비교적 강한 양의 상관관계를 나타내며, 하위요소인 자기조절효능감과는 r=.735로 강항 양의 상관관계를 나타내고 있다. 과학적 태도와 관제 난이도 선호도의 상관관계 계수 r=.563으로 비교적 강한 상관관계를, 자신감과의 상관관계 계수 r=.104로 약한 양의 상관관계를 보이고 있음을 알 수 있다.

<Table 8>과 <Table 9>는 과학적 태도를 종속변수로, 과학 자기효능감 하위요소를 독립변수로 하여 중다회귀분석에 대한 분산분석표와 중다회귀분석 결과를 나타낸 것이다.

<Table 8>

ANOVA table on Multiple regression analysis of scientific attitude(N=606)

<Table 9>

Multiple regression analysis on scientific attitude(N=606)

과제 난이도 선호도, 자기조절 효능감, 자신감 독립변수로 과학적 태도를 측정하는 모형에 대한 통계적 유의성을 검정한 결과, F 통계값 271.43, 유의확률은 .000으로 모형에 포함된 독립변수는 유의수준 .05에서 과학적 태도를 유의하게 설명하고 있다. 과학적 태도 총 변화량의 57.5%(수정 결정계수에 의하면 57.3%)가 모형에 포함된 독립변수에 의해 설명되고 있음을 알 수 있다.

개별 독립변수의 종속변수에 대한 기여도와 통계적 유의성을 결정한 결과(<Table 9>), 유의수준 .05에서 과학적 태도에 유의하게 영향을 미치는 독립변수는 자기조절 효능감(t=18.52, p=.000), 과제 난이도 선호도(t=3.50, p=.001), 자신감(t=3.26, p=.001) 순으로 과학적 태도에 영향을 미치고 있음을 알 수 있다.

3. 과학 자아개념과 과학적 태도

과학적 태도와 과학 자아개념 및 그 하위요소 간의 상관관계를 분석 결과는 <Table 10>과 같다.

<Table 10>

A correlation between scientific attitude and science self-concept(N=606)

과학적 태도와 과학 자아개념 및 그 하위요소인 능력감과 무능감 간의 상관관계는 유의수준 .01에서 통계적으로 유의미한 것으로 나타났다. 과학적 태도와 과학 자아개념 간에는 r=.247로 보통의 양의 상관관계 나타내었다. 과학적 태도와 과학 자아개념 하위 요소인 능력감과는 r=.645.로 강한 양의 상관관계를 나타내었지만, 무능감과는 r=.139로 약한 양의 상관관계를 나타내었다.

과학적 태도를 종속변수로, 과학 자아개념의 하위요소를 독립변수로 하여 중다회귀분석에 대한 결과는 <Table 11>, <Table 12>와 같다.

<Table 11>

ANOVA table on Multiple regression analysis of scientific attitude(N=606)

<Table 12>

Multiple regression analysis on scientific attitude (N=606)

능력감과 무능감을 독립변수로 과학적 태도를 측정하는 모형에 대해 유의성을 검중하였으며, F 통계값 218.53, 유의확률 .000으로 모형에 포함된 독립변수인 능력감과 무능감은 유의수준 .05에서 과학적 태도를 유의하게 설명한다고 볼 수 있다. 과학적 태도 총 변화량의 42.1%(수정 결정계수에 따르면 42.0%)가 모형에 포함된 독립변수에 의해 설명된다는 것을 알 수 있다.

<Table 12>에서 알 수 있듯이 개별 독립변수의 종속변수에 대한 기여도는 유의수준 .05에서 과학적 태도에 유의하게 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 과학적 태도에 유의하게 영향을 미치는 독립변수는 능력감(t=20.44, p=.000), 무능감(t=2.31, p=.021) 순으로 나타났다.

4. 과학적 자기효능감과 과학 자아개념이 과학적 태도에 미치는 영향

과학 자기효능감과 과학 자아개념 중 어느 쪽이 과학적 태도에 더 많은 영향을 미치는가를 알아보기 위해 중다회귀분석을 실시하였으며, 그 결과를 <Table 13>과 <Table 14>에 나타내었다.

<Table 13>

ANOVA table on multiple regression analysis of scientific attitude(N=606)

<Table 14>

Multiple regression analysis on scientific attitude(N=606)

과학 자기효능감과 과학 자아개념을 독립변수로 과학적 태도를 측정하는 모형에 대한 유의성을 검증하였다. F 통계값 363.27, 유의확률 .000으로 모형에 포함된 독립변수인 과학 자기효능감과 과학 자아개념은 유의수준 .05에서 과학적 태도를 유의하게 설명하는 것으로 나타났다. 과학적 태도 총 변화량의 54.1%(수정 결정계수에 따르면 53.9%)가 모형에 포함된 독립변수에 의해 설명된다는 것을 알 수 있다. 개별 독립변수의 종속변수에 대한 기여도는 유의수준 .05에서 과학적 태도에 유의하게 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 과학적 태도에 유의하게 영향을 미치는 독립변수는 과학 자기효능감 (t=25.04, p=.000), 과학 자아개념(t=18.04, p=.000) 순으로 나타났다.

Ⅴ. 결론 및 제언

과학 자기효능감과 과학 자아개념이 과학적 태도에 어떠한 영향을 미치는지 알아보기 위해 B 광역시 초등학교 5, 6학년 606명을 표집하였다.

본 연구의 결론은 다음과 같다. 첫째, 과학 자기효능감의 하위 요소인 자기조절효능감, 과제곤란도 선호도, 자신감 순으로 과학적 태도에 긍정적인 영향을 주었다.

둘째, 과학 자아개념의 하위요소인 능력감, 무능감 순으로 과학적 태도에 영향을 주었으며, 능력감은 긍정적 영향을, 무능감은 부정적인 영향을 미쳤다.

셋째, 과학 자기효능감이 과하 자아개념보다 과학적 태도에 더 큰 영향을 미쳤다.

본 연구 결론을 토대로 제언을 하면 다음과 같다. 첫째, 과학 자아개념의 하위요소인 능력감과 무능감의 평균점수는 약 3점으로 보통의 수준을 나타내고 있다. 또한 무능감은 과학적 태도에 부정적인 영향을 미침으로 과학적 태도를 향상시키기 위해서 과학에 대한 능력감을 높이고 무능감을 낮출 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.

둘째, Min & Yoo(2017)에 따르면, 과학적 태도, 과학 자기효능감, 과학 자아개념은 학급 규모에 따라 차이가 나는 것으로 보아 타인이 자아개념에 준다는 것을 감안하면 학문적 자아개념뿐만 아니라 비학문적 자아개념을 포함한 심도 깊은 연구가 필요할 것으로 사료된다.

Acknowledgments

* 이 논문은 2017년도 부산교육대학교 교내 연구과제로 지원을 받아 수행된 연구임

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